Calculadora de Tempo de Arrefecimento (Capacidade Concentrada)

O que faz esta ferramenta

Uma peça quente deixada num ambiente mais frio perde temperatura numa curva exponencial, não numa recta: vence depressa a primeira metade da diferença e muito devagar a última parte. A constante de tempo tau conta a história toda — ao fim de um tau a peça percorreu 63% do caminho até ao ambiente, ao fim de três tau está a 95%. O número de Biot é a verificação de que tratar a peça como um bloco uniforme é honesto.

Fórmula

T(t) = T∞ + (T₀ − T∞) e^(−t/τ) , τ = ρ c Lc ÷ h

Variáveis

Símbolo	Significado	Unidade
`hc`	Coeficiente global de transmissão de calor	W/(m²·K)
`lc`	Comprimento característico (V/A)	mm
`ro`	Densidade	kg/m³
`cp`	Calor específico	J/(kg·K)
`kk`	Condutividade térmica	W/(m·K)
`t0`	Temperatura inicial	°C
`ti`	Temperatura ambiente	°C
`ts`	Tempo	s
`TT`	Temperatura final	°C
`TA`	Constante de tempo	s
`BI`	Número de Biot	—
`TH`	Semivida	s

Exemplo resolvido

Coeficiente global de transmissão de calor25 W/(m²·K)
Comprimento característico (V/A)5 mm
Densidade7850 kg/m³
Calor específico470 J/(kg·K)
Condutividade térmica50 W/(m·K)
Temperatura inicial200 °C
Temperatura ambiente25 °C
Tempo300 s

Temperatura final141,54 °C
Constante de tempo737,9 s
Número de Biot0,00250
Semivida511,5 s

Limitações

Misturar unidades é a causa de erro mais comum. Converta todos os valores para as unidades indicadas ao lado de cada campo antes de calcular.
A fórmula assume condições ideais: sem perdas por atrito, sem resistência do ar e sem perdas de rendimento, a não ser que as introduza.
O resultado é uma estimativa baseada apenas nos valores que introduziu. Situações reais incluem muitas vezes fatores que esta calculadora desconhece.

Perguntas frequentes

Que valor tem de ter o número de Biot para isto ser válido?

Abaixo de 0,1. O método assume que o corpo está todo à mesma temperatura, o que só é verdade quando a condução no interior é muito mais fácil do que a convecção à superfície. Uma peça de aço pequena ao ar parado cumpre isto com folga; um bloco cerâmico grosso temperado em água não, e aí é preciso uma solução completa de condução transitória.

Resultados